Что такое напряжение в сети

Ток, напряжение, мощность: основные характеристики электричества

Электроэнергия давно используется человеком для удовлетворения своих потребностей, но она невидима, не воспринимается органами чувств, потому сложна для понимания. С целью упрощения объяснения электрических процессов их довольно часто сравнивают с гидравлическими характеристиками движущейся жидкости.

Например, к нам в квартиру приходит по проводам электрическая энергия от далеко расположенных генераторов и вода по трубе от создающего давление насоса. Однако, отключенный выключатель не позволяет светиться лампочкам, а закрытый водопроводный кран — литься воде из крана. Чтобы совершалась работа надо включить выключатель и открыть кран.

Направленный поток свободных электронов по проводам устремится к нити накала лампочки (пойдет электрический ток) , которая станет излучать свет. Вода, вытекающая из крана, будет стекать в раковину.

Эта аналогия позволяет также понимать количественные характеристики, ассоциировать силу тока со скоростью перемещения жидкости, оценивать другие параметры.

Напряжение электросети сравнивают с потенциалом энергии источника жидкости. К примеру, возрастание гидравлического давления насосом в трубе создаст большую скорость перемещения жидкости, а увеличение напряжения (или разности между потенциалами фазы — входящего провода и рабочего нуля — отходящего) усилит накал лампочки, силу ее излучения.

Сопротивление электрической схемы сопоставляют с силой торможения гидравлическому потоку. На скорость перемещения потока влияют:

• вязкость жидкости;
• засоренность и изменение сечения каналов. (В случае с водопроводным краном — положение регулирующего вентиля.)

На величину электрического сопротивления влияет несколько факторов:

• строение вещества, определяющее наличие свободных электронов в проводнике и влияющее на удельное сопротивление;
• площадь поперечного сечения и длина токовода;
• температура.

Электрическую мощность тоже сравнивают с энергетическими возможностями потока в гидравлике и оценивают по выполненной работе в единицу времени. Мощность электроприбора выражается через потребляемый ток и подведенное напряжение (для цепей переменного и постоянного тока).

Все эти характеристики электроэнергии исследованы известными учеными, которые дали определения току, напряжению, мощности, сопротивлению и описали математическими методами взаимные связи между ними.

В приведенной таблице показаны общие соотношения для цепей постоянного и переменного тока, которые можно применять для анализа работы конкретных схем.

Рассмотрим несколько примеров их использования.

Пример №1. Как рассчитать сопротивление и мощность

Допустим, требуется подобрать токоограничивающий резистор для блока питания схемы освещения. Нам известно напряжение питания бортовой сети «U», равное 24 вольта и ток потребления «I» в 0,5 ампера, который нельзя превышать. По выражению (9) закона Ома вычислим сопротивление «R». R=24/0,5=48 Ом.

На первый взгляд номинал резистора определен. Однако, этого недостаточно. Для надежной работы семы требуется выполнить расчет мощности по току потребления.

Согласно действию закона Джоуля — Ленца активная мощность «Р» прямо пропорционально зависит от тока «I», проходящего через проводник, и приложенного напряжения «U». Эта взаимосвязь описана формулой (11) в приведенной таблице.

Рассчитываем: Р=24х0,5=12 Вт.

Это же значение получим, если воспользуемся формулами (10) или (12).

Проведенный расчет мощности резистора по току его потребления показывает, что в выбираемой схеме надо использовать сопротивление величиной 48 Ом и 12 Вт. Резистор меньшей мощности не выдержит приложенных нагрузок, будет греться и со временем сгорит.

Этим примером показана зависимость того, как на мощность потребителя влияют ток нагрузки и напряжение в сети.

Пример №2. Как рассчитать ток

Для группы розеток, предназначенных для питания бытовых электроприборов на кухне, необходимо подобрать защитный автоматический выключатель. Мощности приборов по паспортным данным составляют 2,0, 1,5 и 0,6 кВт.

Решение. В квартире используется однофазная переменная сеть 220 вольт. Общая мощность всех приборов, подключенных в работу одновременно, составит 2,0+1,5+0,6=4,1 кВт=4100 Вт.

По формуле (2) определим общий ток группы потребителей: 4100/220=18,64 А.

Ближайший по номиналу автоматический выключатель имеет величину срабатывания 20 ампер. Его и выбираем. Автомат меньшего значения на 16 А будет постоянно отключаться от перегрузки.

Отличия параметров электросхем на переменном токе

При анализе параметров электроприборов следует учитывать особенности их работы в цепях переменного тока, когда, благодаря влиянию промышленной частоты у конденсаторов возникают емкостные нагрузки (сдвигают вектор тока на 90 градусов вперед от вектора напряжения), а у обмоток катушек — индуктивные (ток на 90 градусов отстает от напряжения). В электротехнике их называют реактивными нагрузками . Они в комплексе создают реактивные потери мощности «Q», которые не выполняют полезной работы.

На активных нагрузках отсутствует сдвиг фазы между током и напряжением.

Таким образом, к активной величине мощности электроприбора в цепях переменного тока добавляется реактивная составляющая, за счет которой увеличивается общая мощность, которую принято называть полной и обозначать индексом «S».

Переменный синусоидальный ток в однофазной сети

Электрический ток и напряжение промышленной частоты меняются во времени по синусоидальному закону. Соответственно этому происходит изменение мощности. Определять их параметры в различные мгновенные моменты времени не имеет особого смысла. Поэтому выбирают суммарные (интегрирующие) значения за определенный временной промежуток, как правило — период колебания Т.

Знание отличий параметров цепей для переменного и постоянного тока позволяет правильно рассчитывать мощность через ток и напряжение в каждом конкретном случае.

В принципе они состоят из трех одинаковых однофазных цепей, сдвинутых друг относительно друга на комплексной плоскости на 120 градусов. Они немного отличаются нагрузками в каждой фазе, сдвигающими ток от напряжения на угол фи. За счет этой неравномерности создается ток I0 в нулевом проводе.

Переменный синусоидальный ток в трехфазной сети

Напряжение в этой системе состоит из напряжений в фазах (220 В) и линейных (380 В).

Мощность прибора трехфазного тока, подключенного к схеме, складывается из составляющих в каждой фазе. Ее измеряют с помощью специальных приборов: ваттметров (активная составляющая) и варметров (реактивная). Рассчитать полную мощность потребления прибора трехфазного тока можно на основе замеров ваттметра и варметра с использованием формулы треугольника.

Существует еще косвенный метод измерения, основанный на использовании вольтметра и амперметра с последующими вычислениями полученных значений.

Также можно рассчитать общий ток потребления, зная величину полной мощности S. Для этого достаточно ее разделить на величину линейного напряжения.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

220 или 230 вольт: каким должно быть напряжение в сети

Да и вообще, есть ли разница с точки зрения эксплуатации электрооборудования?

Уровень напряжения питающей электрической сети является определяющим параметром качества услуг электроснабжения. Бытовая и цифровая техника бесперебойно работает при условии строгого соответствия параметров напряжения заданным стандартам.
Каким должен быть уровень напряжения и какие отклонения допускаются от стандартной величины?

Нормы напряжения в электрической сети

На бывшем советском пространстве был принят стандарт напряжения бытовой электрической сети, равный 220 В. В 1992 году в России было принято решение о переводе электросетей на общеевропейские стандарты. Согласно этим стандартам, напряжение бытовой сети должно соответствовать величине 230 В с частотой 50 Гц. Изначально завершить переход на эти нормы планировалось к 2003 году.

Действующий российский ГОСТ 29322-2014 как раз и предусматривает использование напряжения 230 В. Но по факту во многих сетях по-прежнему остались 220 В, и ничего страшного в этом нет — такое значение находится в пределах допусков (о них чуть позже).

В европейских, азиатских странах, части африканских государств и Австралии приняты стандарты напряжения 220-230 В, реже встречается норма 240 В (в Афганистане, Кувейте, Нигерии и др.). Поэтому техника, которая поставляется в эти страны, рассчитана на работу именно с этими величинами.

В странах Северной и Южной Америки, а также ряде островных государств приняты нормативы напряжения 110 В, 115 В, 120 В и 127 В, в Японии в бытовых розетках напряжение соответствует уровню 100 В.

В постсоветском пространстве, в том числе РФ, Беларуси, Украине, Армении и прибалтийских странах официально действует стандарт 230 В, остальных бывших союзных республиках — 220 В.

Допустимые отклонения напряжения от стандарта

Опять-таки начнем с теории. Если внимательно прочитать все тот же ГОСТ 29322-2014, мы увидим, что вполне официально допускаются отклонения по напряжению до 10%. Это значит, что реальное напряжение может находиться в пределах 207-253 В. Формально именно так, но фактически поставщики электроэнергии стараются обеспечивать дельту не больше 5%. Что логично, поскольку в этом случае риск выхода из строя домашней техники минимален.

Отдельные кратковременные скачки могут происходить во время пусконаладочных работ или просто при включении/отключении линии. Насколько это опасно?

Как отклонения напряжения влияют на работу техники

Не вся техника одинаково реагирует на перепады и несоответствие напряжения номинальным параметрам. Условно приборы можно разделить на 3 группы:

1. Преимущественно аналоговые. К этой группе относятся электронагревательные приборы, кухонная техника, микроволновки с механическим управлением, водонагреватели и т. д. На перепады и изменения напряжения они реагируют практически безболезненно. Зачастую в техпаспорте указан номинал 230 В, поэтому приборы способны выдерживать повышение даже до 253 В. При понижении напряжения до 198 В они продолжают работать, но со снижением эффективности.
2. Цифровые и преимущественно цифровые. Это компьютеры, блоки питания, видео- и аудиотехника, а также любая техника, имеющая в основе электронные микросхемы и преобразователи. Такую технику называют «нежной» — она очень чувствительна к резким перепадам и изменениям напряжения в сети питания. Допустимый предел повышения составляет не более 240 В. Поэтому рекомендуется подключать их через стабилизаторы и ИБП для предотвращения поломок.
3. С наличием компрессора или электрического двигателя. Это холодильники, стиральные машины, центрифуги, мясорубки, посудомойки и прочие. Для этой техники более опасно пониженное напряжение, чем повышенное. В результате падения напряжения в обмотках возрастает нагрузочный ток, что приводит к перегреву и преждевременному пробою изоляции. Поэтому насосы, охладители и моторы выходят из строя гораздо раньше указанного в паспорте эксплуатационного срока.

Ключевым параметром являются указанные в паспорте прибора допустимые нормы отклонения и рекомендации производителя по эксплуатации. Наиболее травматичными для бытовой и цифровой техники являются даже не конкретные цифры отклонений, а наличие резких скачков напряжения — чем чаще они происходят, тем более вероятен выход приборов из строя.

Как определить отклонения напряжения в сети

Заподозрить скачки напряжения можно по изменениям в работе электроприборов, например, усилению и затуханию яркости ламп накаливания, неравномерной работе компрессора холодильника, аварийному выключению сетевого фильтра. Снижение напряжения можно заметить по усилению гула холодильника, увеличению времени нагрева чайника и бойлера, тусклому свету осветительных приборов.

Если появились сомнения в соответствии напряжения бытовой сети общепринятым стандартам, это можно проверить при помощи мультиметра (вольтметра). При замере в розетке на шкале или дисплее будет отражена фактическая величина напряжения в данный момент.

Если отклонения от нормы фиксируются разово и в течение непродолжительного времени, а их диапазон не превышает допустимые, то причин для беспокойства нет. Если отклонения значительные и фиксируются на протяжении длительного периода, следует принимать меры.

Что делать, если напряжение в сети не соответствует нормам

При обнаружении несоответствия напряжения в бытовой сети допустимым нормам, можно говорить о ненадлежащем качестве предоставления коммунальной услуги, а именно электроснабжения. О выявленном несоответствии необходимо уведомить аварийную диспетчерскую службу поставщика услуги. Сделать это можно письменно или по телефону.

По заявке назначается проверка уровня напряжения специалистом компании. Обычно проверка производится в течение ближайших 2 часов с момента поступления заявки. Дальнейшее урегулирование вопросов происходит в соответствии с Законом «О защите прав потребителя».

Вот еще несколько полезных материалов для тех. кто неравнодушен к электрике.

• 5 важных правил ПУЭ, которые электрики нарушают чаще всего
• 7 главных правил безопасности домашнего электрика, которые должен соблюдать каждый

Электрическое напряжение. Определение, виды, единицы измерения

Под электрическим напряжением понимают работу, совершаемую электрическим полем для перемещения заряда напряженностью в 1 Кл (кулон) из одной точки проводника в другую.

Как возникает напряжение?

Все вещества состоят из атомов, представляющих собой положительно заряженное ядро, вокруг которого с большой скоростью кружатся более мелкие отрицательные электроны. В общем случае атомы нейтральны, так как количество электронов совпадает с числом протонов в ядре.

Однако если некоторое количество электронов отнять из атомов, то они будут стремиться притянуть такое же их количество, формируя вокруг себя плюсовое поле. Если же добавить электронов, то возникнет их избыток, и отрицательное поле. Формируются потенциалы – положительный и отрицательный.

При их взаимодействии возникнет взаимное притяжение.

Абрамян Евгений Павлович
Доцент кафедры электротехники СПбГПУ

Чем больше будет величина различия – разность потенциалов – тем сильнее электроны из материала с их избыточным содержанием будут перетягиваться к материалу с их недостатком. Тем сильнее будет электрическое поле и его напряжение.

Если соединить потенциалы с различными зарядами проводников, то возникнет электрический ток – направленное движение носителей заряда, стремящееся устранить разницу потенциалов. Для перемещения по проводнику зарядов силы электрического поля совершают работу, которая и характеризуется понятием электрического напряжения.

В чем измеряется

Единицей напряжения называют вольт (В). Один Вольт выражается в разности потенциалов двух точек электрического поля, силы которого совершают работу в 1 Дж для перемещения заряда в 1 Кл из первой точки во вторую. Измеряют напряжение специальным прибором – вольтметром.

Орлов Анатолий Владимирович
Начальник службы РЗиА Новгородских электрических сетей

Таким образом, значение 220 В подразумевает, что электрическое поле данной сети способно совершить работу (потратить энергию) в 220 Дж для «протаскивания» зарядов через цепь и нагрузку.

От чего зависит напряжение?

Напряжение участка цепи зависит от:

Виды напряжения

Постоянное напряжение

Напряжение в электрической сети постоянно, когда с одной ее стороны всегда положительный потенциал, а с другой – отрицательный. Электрический ток в этом случае имеет одно направление и является постоянным.

Напряжение в цепи постоянного тока определяется как разность потенциалов на его концах.

При подключении нагрузки в цепь постоянного тока важно не перепутать контакты, иначе устройство может выйти из строя. Классическим примером источника постоянного напряжения являются батарейки. Применяют сети постоянного тока, когда не требуется передавать энергию на большие расстояния: во всех видах транспорта – от мотоциклов до космических аппаратов, в военной технике, электроэнергетике и телекоммуникациях, при аварийном электрообеспечении, в промышленности (электролиз, выплавка в дуговых электропечах и т.д.).

Переменное напряжение

Если периодически менять полярность потенциалов, либо перемещать их в пространстве, то и электрический ток устремится в обратном направлении. Количество таких изменений направления за определенное время показывает характеристика, называемая частотой. Например, стандартные 50 герц означают, что полярность напряжения в сети меняется за секунду 50 раз.

Напряжение в электрических сетях переменного тока является временной функцией.

Чаще всего используется закон синусоидальных колебаний.

Так получается за счет того, что переменный ток возникает в катушке асинхронных двигателей за счет вращения вокруг нее электромагнита. Если развернуть вращение по времени, то получается синусоида.

Переменный ток применяют при необходимости передавать энергию на значительные расстояния. В этих случаях эффективно использование трехфазных сетей: потери электроэнергии в проводах минимальны, простая электрогенерация (благодаря трехфазным электродвигателям без коллектора), выгодно экономически.

Трехфазный ток получают в трехфазных электродвигателях.

В них имеются сразу три катушки проводов, расположенных равномерно по кругу – через 120 градусов. Поэтому и синусоиды трехфазного тока отстают друг от друга на этот угол. Геомертическое представление трехфазного напряжения и тока выглядит в виде векторной диаграммы.

Абрамян Евгений Павлович
Доцент кафедры электротехники СПбГПУ

Трехфазная электросеть состоит из четырех проводов – трех фазных и одного нулевого. напряжение между проводами нулевым и фазным равно 220 В и называется фазным. Между фазными напряжение также существует, называется линейным и равно 380 В (разность потенциалов между двумя фазными проводами). В зависимости от вида подключения в трехфазной сети можно получить или фазное напряжение, или линейное.

Напряжение в электрической сети

Электрическое поле, обладает энергией, которая производя работу, создает электрическое напряжение, действующее на заряды в проводнике. Численно напряжение равно отношению работы, которую совершает электрическое поле, перемещая заряженную частицу по проводнику, на величину заряда частицы.

Эта величина измеряется в вольтах. 1 B – это работа в 1 джоуль, которую совершило электрическое поле, передвигая заряд в 1 кулон по проводнику. Название единице измерения дано по имени итальянского ученого А. Вольта, который сконструировал гальванический элемент – первый источник тока.

Напряжение величина тождественная разности потенциалов. Например, если потенциал одной точки 35 B, а следующей точки 25 В, тогда разность потенциалов, как и напряжение будет равно 10 В.

Так как вольт — единица измерения, которую очень часто употребляют, то для измерений часто используют приставки для образования десятичных кратных единиц. Например, 1 киловольт (1 кВ = 1000 В), 1 мегавольт (1МВ = 1000 кВ), 1 милливольт (1 мВ = 1/1000 В) и т.д.

Напряжение в сети должно соответствовать, тому значению, на которое рассчитаны потребители электроэнергии. При передаче энергии по соединительным проводам часть разности потенциалов теряется на преодоления сопротивления подводящих проводников. Поэтому в конце линии передач эта энергетическая характеристика становится несколько меньше, чем в ее начале.

В сети падает напряжение. Это понижение, одного из главных параметров, обязательно скажется на работе оборудования, будь, то осветительная или силовая нагрузка. При проектировании и расчете линии электропередач надо учитывать, что отклонения в показаниях приборов, измеряющих разность потенциалов должны соответствовать установленным нормам. Цепи, рассчитанные по току нагрузки, учитывающие нагрев проводов, контролируют по величине падения напряжения.

Падением напряжения ΔU является разность потенциалов в начале линии и в ее конце.

Потеря разности потенциалов по отношению к действующему значению определяется формулой: ΔU = (P r+Qx)L/Uном,

где Q – реактивная мощность, P – активная мощность, r – активное сопротивление линии, x – реактивное сопротивление линии, Uном – напряжение номинальное.

Активное и реактивное сопротивление, подводящих проводов выбираются по справочным таблицам.

Согласно требованиям ГОСТ и правилам электроустановок напряжение в электрической сети может отклоняться от нормальных показаний не более, чем на 5% . Для осветительных сетей бытовых и промышленных помещений от +5% до – 2,5%. Допустимая потеря напряжения не более 5%.

В трехфазных линиях электропередач, напряжение которых, 6 – 10 кВ нагрузка распределяется равномернее и в них потери разности потенциалов меньше. Из-за неравномерной нагрузки в осветительных сетях низкого напряжения, используют 4-проводную систему трехфазного тока, напряжением 380/220 В (система TN-C) и пятипроводную ( TN-S) . Присоединив, в такой системе электродвигатели к линейным проводам, а осветительное оборудование между линейным и нулевым проводом выравнивают нагрузку на три фазы.

Какое напряжение в сети считается оптимальным? Рассмотрим базисное напряжение из стандартизированных, по уровню изоляции электрооборудования, ряда напряжений.

Номинальное напряжение в сети, это величина такой разности потенциалов, на которую изготовлены источники и приемники электроэнергии, при нормальных условиях работы. Устанавливается номинальное напряжение в сети и в подсоединенных потребителях с помощью ГОСТ. Действующее напряжение в устройствах, создающих электроэнергию, из-за условий компенсации потерь разности потенциалов в цепи, допустимы на 5% выше, чем номинальные напряжения в сети.

Первичные обмотки повышающих трансформаторов являются приемниками электроэнергии. Поэтому их действующие значения напряжений такие же, по величине, как и номинальные напряжения генераторов. У понижающих трансформаторов их действующее напряжение такое же, как и номинальное напряжение в сети или на 5% выше. С помощью вторичных обмоток трансформаторов, замкнутых на питаемую цепь осуществляется подача тока в сеть. Чтобы компенсировать потерю разности потенциалов в них, их номинальные напряжения устанавливают выше, чем в цепях на 5 – 10%.

Любая электрическая цепь имеет свои параметры номинального напряжения для электрооборудования, которые запитаны от нее. Оборудование работает при напряжении, отличающегося от номинального напряжения из-за падения напряжения. По ГОСТ, если режим работы цепи — нормальный, то подводимое к оборудованию напряжение не должно быть, ниже действующего больше, чем на 5%.

Номинальное напряжение в городской сети должно равняться 220B, но далеко не всегда оно действительно такое. Эта характеристика может быть повышенной, пониженной или нестабильной, если кто-то из соседей занимается сваркой или подключил мощный инструмент. Нестандартное напряжение отрицательно действует на работу бытового электрооборудования.

При скачках напряжения самая большая опасность грозит электронным приборам. Они выйдут из строя раньше, чем электродвигатель пылесоса или стиральной машины. Достаточно сотой доли секунды, т.е. одной полуволны высокого напряжения, чтобы вышел из строя импульсный блок питания. Особенно опасно длительное воздействие повышенной разности потенциалов, кратковременные скачки менее опасны.

Например, удар молнии вызывает всплеск повышения напряжения, но от таких неприятностей вся электроника надежно защищена. Защита бессильна при длительном повышении напряжения. Организации, поставляющие на рынок электроэнергию, отвечают за качество продаваемой электроэнергии.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети: